鄂尔多斯盆地姬塬地区长８致密储层溶蚀作用及其对储层孔隙的定量影响

发布时间：2019-12-26所属分类：工程师职称论文浏览：1279次

摘 要： 摘要：鄂尔多斯盆地姬塬地区长8储层中长石含量较高，且普遍存在长石溶蚀现象，对致密储层物性的改善具有重要意义。在对长8致密储层特征的研究基础上，利用高温高压流体岩石相互作用模拟实验，并结合偏光显微镜、扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等分析技术，

　　摘要：鄂尔多斯盆地姬塬地区长8储层中长石含量较高，且普遍存在长石溶蚀现象，对致密储层物性的改善具有重要意义。在对长8致密储层特征的研究基础上，利用高温高压流体—岩石相互作用模拟实验，并结合偏光显微镜、扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等分析技术，模拟研究区长8储层岩石样品与有机酸的相互作用，分析了溶蚀作用类型及其特征，并解释了相关溶蚀作用机理，定量计算了溶蚀作用对储层孔隙度的影响。为使模拟实验更接近实际地质情况，流体采用0.15mol/L、pH=2.65的乙酸溶液，模拟温度为87～103℃，模拟压力为24.70～30.18MPa。研究表明：长8储层主要岩石孔隙类型为原生粒间孔和长石溶蚀孔，其中长石溶蚀孔较发育，占总孔隙的39%左右，计算得其视溶蚀率为37.8%～50.0%，呈中等溶蚀程度;长石类和碳酸盐类矿物在酸性条件下均能发生不同程度的溶蚀，碳酸盐类矿物的相对溶蚀率整体大于长石类矿物的相对溶蚀率;在95℃左右时矿物的溶蚀作用最为明显，依据地温梯度计算其对应的埋藏深度约为2370～2710m，该深度可能是长8储层中有利储层的主要分布区域;溶蚀作用导致长8致密储层的孔隙度增加约3.57%～3.69%，其平均孔隙度增加3.63%，溶蚀作用是研究区长8储层孔隙度增加的关键成岩作用类型，是储层“甜点”发育的主要控制因素。

　　关键词：致密储层;溶蚀作用;流体—岩石相互作用;模拟实验;长8储层;姬塬地区

　　0引言

　　致密油气是非常规油气资源的一种类型，其主要富集于相对高孔高渗的“甜点”储层内，一直是致密油气储层勘探的主要目标[1-3]。成岩过程中的压实、胶结作用使得储层中的原生孔隙度大大降低，而溶蚀作用对致密储层的储集空间的改善显得尤为重要[4]，是形成“甜点”的有利因素。自1984年首次提出“有机酸对致密储层次生孔隙的形成具有重要意义”的观点之后[5]，大量的流体—岩石相互作用模拟实验相继展开[6-9]，结果表明地质酸性流体是改善储层物性的重要原因。由地质酸性流体引起的溶蚀作用是致密砂岩储层中次生孔隙发育的关键因素之一[10，11]，有机质生烃过程中有机酸和CO2的释放，导致孔隙流体的pH值降低，酸性流体在高温高压作用下，对易溶矿物长石、方解石等的溶解作用加强[12]。有机酸对易溶矿物组分的溶蚀导致储层内部孔隙体积增加、数量减少，喉道之间的连通性增强，对孔隙度和渗透率的提高具有明显的效果，有利于油气的储集与运移[9]，该过程中形成的粒内溶孔、粒间溶孔和铸模孔等也是主要的油气储集空间[8]。长石溶蚀形成的次生孔隙对储层物性具有显著的改善作用，尤其对深埋压实条件下砂岩储层孔渗条件具有重要意义[13];受应力作用形成大量微裂缝的碳酸盐岩在酸性流体的充注下，易形成大量针孔状或毫米级大小的溶孔[14];近年来对石英颗粒的溶蚀模拟实验也逐渐展开，发现在碱性和酸性环境下石英颗粒均有不同程度的溶蚀，酸性条件下石英的溶蚀程度较低，但仍能提供一定的油气富集空间，对埋藏较深、时代较老的致密碎屑岩中有利储层的发育具有重要意义[15]。因此，致密砂岩储层中大部分的矿物均易被酸性地质流体溶蚀，其溶蚀作用对致密储层中“甜点”的形成具有重要作用。

　　鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组发育着巨厚的碎屑岩沉积建造，长8储层中长石、方解石等易溶矿物含量丰富，也含有部分的云母和塑性岩屑[16]，为该区的溶蚀作用提供了一定的物质基础。且在姬塬地区储层中发育垂直构造裂缝，裂缝密度虽然较低，但具有成组发育的特征[16]，钻井岩心中偶尔也见到构造微裂缝[17]，在长石和方解石矿物中多见到沿解理缝或破裂缝溶蚀形成的溶孔、溶缝[17，18]，为酸性溶蚀流体的运移提供了一定的空间通道。而靠近长8储层的长7烃源岩层有机质丰富，在有机质热成熟过程中产生的有机酸易沿裂缝垂向运移，为溶蚀作用提供化学动力来源，导致长8储层中溶蚀作用较强烈。研究区长8油层组砂岩中长石颗粒因发育不同程度的溶蚀作用而形成粒内溶孔和铸模孔，是致密储层中主要的储集空间类型，对储层孔渗条件的改善具有重要意义[19]。同时，研究致密储层中溶蚀孔隙的发育特征和作用机理，可为将来寻找致密油气储层中“甜点”的分布以及有利储层的预测提供理论依据。笔者在明确姬塬地区长8致密储层的基本地质特征的条件下，对长8储层的地层压力、温度等演化地质条件进行了计算，针对不同的温压地质条件，设定了不同的反应时间来模拟研究区长8储层与乙酸相互作用过程，通过实验前后对比分析了长石(斜长石、钾长石)和方解石矿物的溶蚀作用发生过程及溶蚀作用形成机理，并定量分析了其溶蚀增孔率。

　　1地质背景

　　鄂尔多斯盆地从三叠纪以后受到燕山运动的影响，盆地西缘发生强烈的逆冲活动，断裂较为发育，而盆地东部逐渐抬升，形成自西向东倾斜的箕状坳陷。姬塬地区位于鄂尔多斯盆地中西部，在区域构造上横跨伊陕斜坡和天环坳陷2个一级构造单元[18，20]。中生代发育较厚的河流—湖泊相沉积，新生代盆地周边发生裂陷，形成若干地堑，呈现如今的地貌格局[21](图1)。

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　　鄂尔多斯盆地三叠系延长组沉积物反映了湖盆发生—发展—消亡的全过程，其时间跨度约有12Ma，主要属于河流、三角洲以及湖泊沉积环境。延长组从下向上细分为5个岩性段、10个油层组，研究区长8油层组位于上三叠统延长组中下部，包括长81和长822个小油层，发育一套灰色砂岩、暗色泥岩及薄煤层互层组合，其沉积体具有浅水三角洲沉积特征[17，22]。在稳定的构造背景条件下，沉积砂体主要受东北部阴山古陆和西北部阿拉善古陆两大主要物源区的控制[23]，主要发育浅水三角洲前缘水下分流河道微相和河口坝微相[19，23]，砂体单层厚度较大，具有较好的垂向和横向连续性，但是砂体的垂向叠加期次不明显，属于物源供给充足的近物源沉积[23-25]。这种物源供给充足、构造背景稳定、湖盆地势相对平缓等地质条件，为长8油层组岩性油藏的形成创造了十分有利的地质条件。同时在漫长的地质历史时期中，长8储层经历了复杂的成岩改造过程，现今总体表现为岩性致密、物性较差、孔隙类型多样、结构复杂、非均质性强的特点[26]，这直接制约了研究区致密油气勘探开发的效果和开采质量[27]。

　　2储层基本特征

　　2.1储层岩石学特征

　　通过研究区钻井岩心样品的岩石薄片统计观察发现，长8储层岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，含少量的长石砂岩(图2)。岩性整体具有“相对高长石、相对低石英、岩屑含量较高”的特征(图3)，矿物含量变化较大，其中石英体积含量为16%～53%，平均含量为29.4%，长石体积含量为0%～68%，平均含量为26.6%;岩屑以变质岩岩屑为主，其平均含量为12.8%，火山岩岩屑含量次之，平均含量为8.2%，沉积岩岩屑含量最低为3.3%;胶结物主要由黏土矿物、碳酸盐和硅质组成，其中黏土矿物平均含量为6.3%，碳酸盐矿物平均含量为4.5%，硅质含量为2.0%。可溶性矿物以长石和碳酸盐矿物为主，部分岩屑和黏土矿物溶蚀少见，石英几乎不溶。长石和碳酸盐矿物含量占总体矿物含量的31.1%左右，高含量的可溶性矿物可能是造成长8储层次生孔隙较为发育的物质基础;石英虽在酸性环境下不易发生溶蚀，但作为一种脆性矿物在较高的应力作用下易产生微裂缝，可为地质流体提供一定的运移通道，从而导致区域溶蚀作用更易发生。

　　2.2储层溶蚀孔隙特征

　　研究区长8储层孔隙类型有颗粒间压实残留粒间孔、粒间胶结物发生溶蚀产生的粒间溶蚀孔、长石和岩屑发生溶蚀产生的粒内溶蚀孔，以及微裂缝和自生矿物中的晶间孔等(图4)。在各种孔隙类型中，以原生粒间孔、长石溶蚀孔为主(图4，图5)。由岩石铸体薄片和扫描电镜观察分析可知，研究区主要溶蚀、溶解物为长石、岩屑等不稳定碎屑颗粒，其中斜长石的溶蚀最为强烈，整体上溶蚀强度为强—中等[图5(a)，图5(b)]，溶蚀作用形成的高岭石主要分布于长石溶蚀形成的孔内或溶蚀孔附近[图5(c)，图5(d)]。原生粒间孔是经成岩作用改造后保留下来的，既没有被地质流体溶蚀，也没有被化学物质胶结而保留的孔隙[图5(e)，图5(f)]，在长81和长822小层中，其原生孔隙所占比例分别为1.46%和1.85%(表1);长石溶蚀孔主要是长石碎屑颗粒在成岩中期被有机酸溶蚀而形成[图5(g)，图5(h)]，在长81和长82小层中，长石溶蚀孔隙所占比例仅次于原生孔隙，分别为1.42%和1.21%(表1);岩屑溶蚀孔的形成机理与长石溶蚀孔相似，主要是岩屑中的易溶类矿物被介质流体溶蚀最终被保留下来的岩石孔隙，其在长81和长82小层中所占的比例分别为0.12%和0.09%(表1)。另外，长8储层中晶间孔较为发育，孔隙占比在0.18%～0.21%之间，而长82小层中微裂缝较长81小层发育。从图6可以看出，原生粒间孔和长石溶蚀孔是长8储层中主要的孔隙类型，两者共占储层孔隙空间的89%左右。其中，长石溶蚀孔隙占总孔隙的39%左右，是姬塬地区长8致密储层中“甜点”形成的重要孔隙类型，也是致密储层中油气资源的重要储集空间。

　　3实验样品、条件及装置

　　3.1实验样品

　　通过对姬塬地区长8岩心样品的储层特征及物性的综合分析，挑选出溶蚀作用不发育的12块岩心样品。为了便于对比实验前后溶蚀作用特征，在同一块岩心样品上钻取2块小柱体(直径为2.5cm、长度为5cm)。通过对岩心样品X-射线衍射分析结果表明，所选的长8砂岩样品的矿物成分以石英、长石(钾长石、斜长石)、方解石为主，同时高岭石、白云石少量发育，但不同样品矿物成分也存在一定的差异性(表2)。

　　3.2实验条件

　　鄂尔多斯盆地延长组长8地层水矿化度介于1.54～102g/L之间，平均为31.38g/L，其中矿化度主要分布于10～40g/L之间，其中乙酸浓度最高，占有机酸的60%以上[23]。依据长8地层水的特征和实验要求，以浓度为0.15mol/L、pH值为2.65的乙酸溶液作为流体—岩石相互作用的反应流体。首先，研究通过样品的实际深度计算出发生溶蚀作用实验的模拟深度，而后根据相关地质条件再计算出实验模拟温度及压力条件，也就是发生溶蚀作用相对应的地层深度下的实际古温压条件，通过计算可知：样品实验模拟温、压条件范围分别为87～103℃和24.70～30.18MPa。根据调研发现，研究区长8古地表温度为15℃，古地温梯度为3.5～4℃/100m[24]，为了尽可能满足实际地质情况，实现温度对时间的补偿效应，故在实验中选取最高的古地温梯度4℃/100m，如1号样品实验模拟温度计算方法为T=15℃+1800m×4℃/100m=87℃。相关研究认为，碎屑岩储层与乙酸流体发生相互作用而引起的溶蚀作用，其作用时间不会超过100h[20]。据此，结合本文研究的实际地质条件特征以及考虑到实验的完整性，确定了所有样品实验的反应时间变化范围为24～72h，共6个样品，其变化梯度为12h，具体实验条件见表3。

　　3.3实验装置

　　实验所用仪器为中国科学院兰州油气资源研究中心自主研发的流体—岩石相互作用模拟仪，根据时间与温度补偿原理，在高温短时间的实验条件下模拟地质中低温长时间的成岩过程。仪器主要包括5个大单元：加压单元、加温单元、自动控制与数据采集单元、分析计量单元及外围辅助单元(图7)。该成岩模拟装置能够设置并记录不同温度、上覆压力、孔隙流体压力、矿物组分、流体介质条件下的成岩过程。其中模拟温度、静岩压力、孔隙流体压力设定范围分别为0～550℃、0～280MPa、0～120MPa。其实验条件完全能够满足本文研究的要求。

　　在实验过程中，首先选取特定的反应流体，通过超高压电动泵以恒速将其注入样品室的高压釜内，设定不同的成岩条件，使其与样品发生反应，从而模拟砂岩在不同条件下的成岩过程。通过实验前后岩石孔隙结构的变化、岩石成分的变化、物性参数等方面的变化，来评价储层中溶蚀作用对储层孔隙的影响机理及过程。

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